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2018
02-04

研究人员跟踪年轻人大脑的关键发展


很像电力传输电线,神经冲动在我们的大脑沿神经纤维旅行。正如电线需要绝缘才能正常工作一样,神经纤维也依赖于一种叫做髓磷脂的绝缘材料,这种绝缘材料可以保护它们并提高神经冲动的速度。

出生时,人脑中含有极少量的髓磷脂,但在整个儿童时期迅速增加。许多研究人员认为,我们快速学习和处理大量儿童信息的能力直接关系到神经纤维的快速髓鞘形成,然而科学家们并不完全了解这一过程。

研究人员安迪·亚历山大(左)和道格·迪恩审视并讨论从婴儿大脑获得的磁共振图像(MRI)。图片来源:Ron Fisher

威斯康星大学麦迪逊分校Waisman中心Doug Dean III领导的一项最新研究发表在“神经影像”杂志上,将两种相关但不同的成像技术结合起来,以无创方式跟踪神经纤维在小孩的大脑中被髓鞘包裹。

Dean说:“通过非侵入性的方式定量绘制神经纤维周围髓鞘的厚度将有助于我们更好地了解大脑的发育过程以及何时建立新的神经连接。

这也可能导致新的发现,如多发性硬化症和脑白质营养不良,其中髓鞘损伤。另外,院长说,有几个神经发育障碍没有已知的原因,“了解髓鞘在典型的发育过程中如何进行,可以告诉我们这些障碍是否与髓鞘形成缺陷有关”。

一般来说,髓鞘越厚神经脉冲沿神经纤维的速度越快。为了无创测量髓鞘的厚度,Dean和他的同事们加强并结合了两种现有的磁共振成像技术,即MRI。

MRI具有广泛的医学应用,通常用于对大脑,其他器官,关节和软组织进行成像。 MRI也是几种成像技术的基础。

由院长使用的一种叫做DTI的基于MRI的技术之一提供了神经纤维和大脑中其他结构的高度详细的图像。但是这些图像对于试图确定髓鞘纤维厚度的研究人员并不是很有帮助。

另一种称为mcDESPOT的基于MRI的成像技术可以帮助研究人员估计大脑特定区域有多少髓磷脂,但是没有提供可能也存在于这些区域的其他结构的清晰图像。

尽管每种成像技术都提供了有价值的信息,但是它们本身只绘制了朦胧的髓鞘厚度。通过结合这两种方法,Dean和他的研究同事不仅能够对大脑中的神经纤维和其他结构进行成像,还可以计算这些神经纤维的大小以及围绕它们的髓磷脂的量。

为了研究,研究人员从几个孩子中采集了大脑图像,年龄从大约4个月到超过7年不等,并且使用组合技术来计算髓磷脂厚度。这些措施与其他研究人员用理论模型预测的结果非常吻合。 Dean说:“这显示了我们的成像技术和计算的准确性,尽管他指出虽然最初的结果是”非常令人鼓舞的“,但使用动物模型或保留的人脑进行更多的研究是进一步测试他们的发现所必需的。

虽然这项技术可能需要数年的时间才能产生新的诊断或治疗方法,但Dean说这项研究是了解早期人类发展的重要阶段的重要的第一步。这项研究的其他作者还包括威斯康星州麦迪逊市的Brittany Travers,Nagesh Adluru和Andrew Alexander;布朗大学的Holly Dirks和Sean Deoni;和伦敦国王学院的Jonathan O'Muircheartaigh。

来源:威斯康星大学麦迪逊分校